智能檢監測提升品質

文/ 東南大學 羅桑

蘇交科集團股份有限公司檢測研究院 朱曉文

柳州黔橋工程材料有限公司 肖云

公路品質工程的BIM應用

東南大學提出了“一全、兩保、三優”的BIM公路工程全生命周期集成概念：“一全”是指，全過程的信息化與智慧化的模型可追蹤；“兩保”是保障提高管理水平、保證安全質量，這也是BIM在公路工程中最重要的兩個方面；“三優”是優管理、優進度、優成本，在保障安全的前提條件下，不斷優化設計、施工和運維等各個環節，這是更高一級的目標。

全過程可追蹤重點依靠的是將構件信息、狀態信息編碼輸入BIM模型，實現全壽命周期信息追蹤。信息的編碼就類似于身份證，從出生開始伴隨一生。針對橋梁工程的“身份證”，設計、施工到運維環節全面介入，比如施工過程，通過信息編碼追蹤預制、吊裝等，吊裝到某位置成橋后，在運營過程中如果發生破壞或其他問題，需要快速更換，這時就可以通過以往記錄的所有信息輕松操作完成。

針對復雜的施工工藝和工序而言，信息編碼可以發揮直觀教學的作用。比如并沒有熟練掌握節段鋼箱梁頂推工藝的施工方，通過閱讀文本的方法可能無法全面理解搭設、運輸、頂推、拼裝等各個環節的施工要點，但如果通過三維可視化的方式精細化地展示，就非常容易理解和掌握了。這對于后期施工質量的控制和保障，效果也將很明顯。

在保障工程質量方面，BIM模型可以全部導入到方案集成庫，設置一些控制點，實時反映坐標位置。通過這項技術，可以對施工過程中的操作標準進行快速化的復檢。比如，在一座跨航道拱橋的工程檢驗中，用激光點云掃描儀進行了全橋的激光掃描，形成了相應的點云數據模型，精度可高達0.1毫米。通過掃描設計之初繪制的二維設計圖，得到了現在的三維立體模型圖。最后，將實橋采集的點云數據模型和三維立體模型疊加，得到了第四張圖——全息數據模型。目前，通過現有的技術，在工程檢驗中只能發現哪根樁沉降或偏差了多少毫米，但無法得到全橋的所有偏差位置數據。現在，通過激光定位技術可以實現高精度快速復檢，大幅提高竣工質量檢驗分析的效率。

無人機實景采集，實施監督施工進展，不斷優化工程進度。

預制構件中置入RFID芯片，實現全程追溯式的管理。

基于三維模型完成事前場布模擬，保證場布方案最優。

用BIM技術實現從紙質文檔到電子檔案的升級，可優化工程管理。

三維可視化手段還可以保障工程全過程的安全，比如在設計環節，可以實現事前視距模擬，優化設計方案。另外，可以取代人工計算受力點這一傳統方式，比如，在鋼箱梁頂推環節埋設臨時支架，搭建光纖傳感體系，對其進行24小時不間斷地動態監測，將動態監測的信息實時反映到三維BIM模型中，針對不同工況開展反復的力學核算，保證在施工過程中，各構件的受力在可控范圍之內。

在優化進度方面，通過無人機等定期對橋梁實景模型區域，進行圖像和GIS數據采集，基于采集到的項目是不同建設時期的實景模型，可以直觀地展現項目關鍵節點的實際施工進度，及時發現滯后的關鍵施工點，以實現不斷優化工程進度。而在設計環節進度優化上，可以做到多專業設計碰撞事前檢測，發現設計不合理后，立即修改BIM模型，避免返工，節省人工和材料成本。

在進度優化中，通過RFID智能芯片技術可實現全程追溯式的管理。比如，將芯片置于跨海大橋的預制構件中，將構件什么時候吊裝、吊裝在何處等信息全部讀寫到芯片中，從預制工程到吊裝現場，不必再次一一核對，只需讀取相關信息，就可以開展高效的運輸、吊裝、拼接等。同時，利用RFID技術采集供應鏈的最新構件狀態信息，判斷構件生產進展處于提前、滯后或正常，發現進度偏差，生成進度報表。

在成本優化方面，通過一鍵式工程量統計，將工程計量失誤率縮小至正負0.2%（我國《建設工程造價咨詢成果文件質量標準》中規定，竣工結算審查結果綜合誤差率應小于3%）。還可以通過BIM物料清單智能輸出套料圖，代替人工排版，提高鋼材使用率，大幅縮短下料時間，提高生產率。

在優化工程管理方面，BIM技術也能發揮重要作用。通過施工場景布設模擬，基于模型完成施工現場總平面布置；模擬機械設備、材料進場模擬、施工機械模擬、臨時設施模擬等施工組織模擬。按節點或階段調整施工場布BIM模型，真實反映工況。最終，提前預知難點問題，找到最優方案，保證現場場布最優。

在管理過程中，以往的清單都是紙質化的，不便于流轉和更新。而BIM技術可改變傳統工程信息檔案管理方式，使管理更加協同、高效、智能。

橋梁檢監測的新技術

截至目前，我國公路橋梁已有83.25萬座，于10月23日通車的港珠澳大橋成為中國躋身橋梁強國的重要名片。蘇交科集團承擔了港珠澳大橋內地段橋梁試驗檢測的任務，建立了港珠澳大橋主體工程試驗檢測中心，也是中國首個取得CMA認證資格的工地試驗室，依靠信息化的技術提升管理質量。

試驗室開發的試驗檢測云系統整合了蘇交科的技術資源和管理資源。管理試驗手冊的參數有近500個，其中70多個可以自動采集，其他需要人工采集的數據通過移動端及時錄入到系統中。一旦錄入系統，就不可更改。

檢測報告從原始記錄、編制、審批到簽發，都是在系統中完成。這一過程中，監測系統還將對整個檢測報告的生成過程進行監督，實現檢測過程的透明。

試驗檢測信息化管理技術-試驗檢測云系統

聲光成像橋梁結構水下檢測技術導出的3D影像

病害圖像自動識別技術，其中，紅框表示裂縫，綠框表示腐蝕，藍框表示破損。

基于磁致伸縮導波的拉吊索斷絲檢測技術應用原理

組圖：蘇交科和哈工大正在聯合開展采用深度神經網絡的異常數據自動探測技術

云系統在蘇交科所承擔橋梁項目的建設期和運營期已經積累了海量數據，具備了一定的數據統計分析功能，如此一來，數據不再只能形成簡單的檢測報告，還可以對原材料、設計方案、施工隊伍的優劣進行評估。隨著數據不斷積累，數據挖掘的不斷深入，在未來的標準編制和信用評價方面，可以提供更新的數據。

云系統中的室內試驗樣品是通過條碼來標識的，可以避免檢測人員不了解樣品信息的可能，一定程度上也可以防止造假。管理者或業主通過現場掃描，借助互聯網，跟系統發生信息交互，實時了解樣品流轉到哪一環節、隨時查詢檢測報告的內容。

云系統應用的領域不僅僅是公路交通行業，在其他工程行業也可以根據不用標準訂制不同的輸出表單。

在云系統的基礎上，未來還希望打造基于云計算的平臺，多家檢測單位共享，依托平臺開展檢測工作，通過遠程托管的方式，將一部分工作交付給第三方，成為面向全行業的檢測監測“E平臺”。

除了服役港珠澳大橋的云系統之外，遠距離非接觸外觀檢測技術也應用于橋梁檢測監測。這項技術采用遠距離視覺觀測系統或無人機懸停觀測，可以快速檢測病害、安全性高，已經在貴州烏江大橋等工程上實現應用。這項技術主要是通過天文望遠鏡、高精度相機拍攝高清晰度照片，通過測距儀得到鏡頭和拍攝對象之間的距離，通過計算并結合照片，得出對象的精確尺寸，比如，用于遠距離觀察裂縫等。

針對橋梁結構在水下狀況的檢測，聲光成像水下檢測技術可以突破困局。據美國聯邦公路局近年統計數字顯示，水毀導致的橋梁倒塌占比較高，以往使用人工觸探方式的過程中，經常出現不具備橋梁檢測監測相關專業的潛水員無法和專業人士溝通，同時在下潛的過程中還造成了水混，影響檢測效果，即使借助探桿等器具，檢測精度起伏也很大。通過不斷實踐，觀察型的水下機器人被開發出來，它全重11千克便于攜帶；采用1080P高清攝像模組及LED燈，可清楚顯示結構細節；最大作業水深100米，流速每秒1.5米，適應性好；同時，它還實現了智能化航行：優化算法控制，可定向或定深航行，也可手動控制航行。目前已經應用于南京長江三橋和連云港白塔大橋。

另外，水下檢測通過聲吶技術還可以實現在冰雪覆蓋或深夜環境下，不受光照影響，正常作業。同時水下檢測物表面覆蓋的青苔水草等誤導檢測的情況，也可以被屏蔽掉。

除此之外，病害圖像自動識別技術解決了主觀辨識海量圖像信息的誤差較大、工作效率低等問題。基于磁致伸縮導波的拉吊索斷絲檢測技術，解決了傳統方法中拉吊索斷絲可能造成巨大安全隱患，效率低、精度差等問題，提升斷絲檢測效率40倍，精度達到1.6%的截面損失率。在瞬時索力精準測量技術問世之前，重車通過時，無法測到索力極值，平時的監測索力也是一段時間的近似平均值，無法做到有效的報警和對突發事件的安全評估，這些問題都在新技術應用后，得到大幅改善和根本性的解決。

張拉壓漿信息化管理提升橋梁品質

預應力是橋梁的神經系統。張拉及壓漿屬于隱蔽性施工工藝，極易帶來隱患性后果，張拉和壓漿都是橋梁建設中最重要的環節之一，其施工質量關系到工程質量及國家和人民生命財產的安全。

采用智能張拉和壓漿，目的是通過自動控制技術，結合施工規范使張拉和壓漿過程按設計的流程和參數進行，從而提高工程質量。在實際應用中，據有關部門調查，因智能張拉及壓漿設備市場產品混亂，仍存在非常突出問題，很多設備根本不具備數據自動采集功能，如數據缺失嚴重、準確性低、滯后時間長；有的產品采用參數終端設定，造成張拉和壓漿后所有的數據都合格的假象；甚至由于無法實時監控，有不良單位對數據進行修改造假，從而造成極大的質量和安全隱患。

但針對上述弊端，柳州黔橋工程材料有限公司基于物聯網和大數據技術，結合橋梁預應力施工特點，開發了云智能張拉系統、云智能制漿壓漿系統，并建立了預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺。

云智能張拉系統、云智能制漿壓漿系統技術具有很多創新點。為實現橋梁工程智能化施工和信息化管理，滿足如下條件：一是施工設備產品要符合施工要求并具有高度智能化，可實現數據自動采集、自動整理和自動傳輸功能；二是根據不同橋梁信息，開發橋梁唯一身份識別系統。同時，系統能夠實現施工過程中實時動態采集的數據自動上傳至云平臺管理。實現預應力張拉及壓漿質量管理的過程控制，實時監控，質量預警，能及時進行質量分析。利用信息化管理系統極大程度減小人為介入的數據流失及錯誤幾率。實現張拉、壓漿數據的現場實時采集、傳輸并實時生成報表、曲線等功能。

預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺技術創新點表現在：平臺通過建立工程施工信息數據庫、施工數據采集和管理模塊，將現場施工數據實時傳輸至云服務器，實現數據實時調用和集成，減少人工介入的數據流轉和數據錯誤幾率，同時平臺可自動對數據進行整理、計算和分析，進而實現施工質量狀況的分析和預警。用戶通過瀏覽器根據其權限即可查看、分析、下載、打印相應現場數據,實現了業主、設計、施工、監理、質量監督等各部門之的信息實時交互，既可進行質量控制和追溯，避免施工數據造假，又可利用數據為類似建設項目的設計和施工提供參考，更可為今后橋梁運營階段的管養提供原始數據，從而提高施工質量及施工管理水平。

預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺界面

目前，云智能張拉系統、云智能制漿壓漿系統已在國內大量推廣應用，預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺已在貴州、云南、廣東、重慶等多個省市的數十條高速公路得到了成功應用，深獲用戶好評。特別是在貴州，平臺被接入貴州省交通工程質量監督局“基于大數據分析的質量安全監督管理平臺”，成為貴州品質工程的重要組成部分。

預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺和云智能張拉、壓漿產品，解決了傳統橋梁預應力施工工藝存在的過程監控困難、質量難以保證的弊端，能實時、準確將施工數據采集并上傳，提供信息資源的共享及傳遞，能有效地對建設項目進行監控，確保預應力施工質量滿足相關國家、行業標準規范的要求，從而消除質量隱患，確保工程結構的安全性與耐久性，杜絕因張拉和壓漿質量不合格造成的工程事故，保障國家和人民生命財產安全，對促進我國預應力技術的進步和工程發展具有重要的意義。同時該平臺的數據自動采集模式節省了人工收集和錄入的大量時間和人力成本，豐富且可共享的數據還可為同類項目提供指導和參考，經濟效益和社會效益突出。

扣錨索自動連續預緊系統

扣索索力實時監測與報警系統

扣塔偏移實時監測與報警系統